中国西南纵向岭谷区植物遗传格局成因及其维持机制

Knowledge of the patterns of intraspecific genetic diversity is central to understanding the origin and evolution of biodiversity. However, the relative influence of geographical and ecological factors on such genetic patterns is largely unknown. Longitudinal Range-Gorge Region (LRGR), is a key area of species’ genetic diversity in Southwestern China, and is thus an ideal region to test questions on the roles of topology and environment due to its complicated geography and ecology. In the present project, we will select four typical representative plant species in LRGR, to examine the genetic patterns and its correlations with environment elements using genetic data (DNA sequence plus SSR genotyping) and environmental data (geographical, climatic etc.), using a multidisciplinary approach combining phylogeography, landscape genetics and species distribution modelling. The major objectives are: (1) to unravel spatial-temporal evolutionary history of genetic variation; (2) to determine the influences of the “corridor-barrier” on gene flow and dispersal; (3) to quantify the roles of ecology and geography in generating observed spatial genetic structure. The project will not only help us to understand the correlations of environment with genetic patterns and diversification mechanisms of plants in Southwestern China, but also will provide valuable information for the conservation of biodiversity in LRGR.

解析生物遗传格局成因及其维持机制对理解生物多样性的起源和演化具有重要意义。此前的研究表明，地理、生态要素对植物遗传格局有重要影响，但具体机制尚不清楚。我国西南纵向岭谷区地理和环境十分特殊、物种遗传格局复杂多样，是探究上述问题的理想场所。本项目拟选取纵向岭谷区的四种典型代表植物为研究对象，基于DNA测序、SSR分子标记和地理、气候等环境数据，综合运用谱系地理学、景观遗传学和物种分布区模拟等多学科交叉的研究方法，通过遗传多样性、遗传结构和物种分布区模拟分析，揭示物种遗传变异的时空演化过程；基于隔离障碍检测和基因流估算，阐明“通道-阻隔”作用对物种遗传格局的影响；结合环境分异和遗传距离的耦合分析探讨物种遗传格局的主要成因。研究结果将有助于阐明地理、生态要素对物种遗传格局的影响机制，同时将加深我们对中国西南地区生物多样性多样化机制的理解，并为纵向岭谷区生物多样性保护提供科学依据。

解析物种遗传格局成因及其维持机制对理解生物多样性的起源和演化具有重要意义。我国西南纵向岭谷区生态环境十分特殊、物种遗传格局错综复杂，是探究上述问题的绝佳场所。本项目选取纵向岭谷区的18种典型代表植物为研究对象，基于叶绿体基因组测序、SSR分子标记、物种分布、地理、土壤和气候等数据，综合运用群体遗传学、物种分布区模拟和景观遗传学等多学科交叉的研究方法，对物种遗传格局的形成、分布范围变迁等机制进行了研究。取得了以下研究结果：对3个物种的群体遗传学分析表明分布于纵向岭谷南部和北部的群体间遗传分化明显，但纵向岭谷中部（大理-兰坪-维西一线）兼有南北成分，意味着该区域是重要的杂交带。结合叶绿体全基因组数据分析，发现在这个混合相态内，泡核桃部分群体通过叶绿体捕获事件获得了胡桃的叶绿体基因组。多物种的遗传多样性耦合结果显示纵向岭谷北部三江并流区、南部哀牢山和西部高黎贡山等地遗传多样性较高，暗示这些地区可能是物种冰期的避难所。这个推断进一步得到物种分布区模拟结果的佐证，多物种不同时期分布模拟显示上述区域是物种长期气候稳定区，可能是长期稳定的气候避难所。与当前相比，历史时期和未来，该地区植物分布区存在扩张、收缩和稳定3种不同气候变化响应模式。纵向岭谷区植物典型的南北分化，中间过渡的格局主要受地形、降水和温度的限制。物种遗传格局受不同的环境变量驱动，在泡核桃和喜马拉雅红豆杉中，空间起主要作用，在珊瑚苣苔中则是土壤解释度最大，但高山红豆杉则由多变量耦合影响。综合上述结果表明纵向岭谷南北走向的河流“通道”上物种发生了遗传分化，而东西向的山脉“阻隔”下依然呈现了遗传的同质性，这表明除了地理隔离障碍外，生态障碍对物种分布的限制作用也十分关键；纵向岭谷区不仅是历史时期气候变化的避难所，在未来气候变化下也将为物种提供归宿；纵向岭谷区物种遗传格局的维持受历史气候波动和当前环境的双重影响。本项目的实施加深了我们对该地区生物多样性维持机制的认识，也将为生物多样性保护行动提供决策依据。